一種星載π/4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種星載31 /4模式簡縮極化合成孔徑雷達（SAR)相位重構(gòu)方法，屬于 信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著TerraSAR-X、Radarsat-2以及AL0S-2等全極化SAR衛(wèi)星相繼發(fā)射升 空并廣泛應(yīng)用于地質(zhì)測繪、海洋觀測、災(zāi)害監(jiān)測以及資源勘查等諸多方面，針對全極化SAR 的研究與應(yīng)用逐漸受到世界各國的重視。
[0003] 相比較單極化SAR，全極化SAR能夠獲取不同極化通道的目標信號，從而得到地物 的極化散射信息，而該信息正是反演地表目標在不同極化條件下特性的重要參考依據(jù)。但 是，由于脈沖重復(fù)頻率加倍，全極化SAR的觀測帶寬度較窄。針對該問題，近年來國外學(xué)者 提出了簡縮極化SAR工作模式。簡縮極化SAR工作模式能夠利用回波數(shù)據(jù)，通過重構(gòu)反演 得到全極化模式各極化通道的功率信息，從而很好地保留地物目標的極化散射信息。在該 模式下，雷達只需要發(fā)射一種極化方式的信號，而不需要交替發(fā)射不同極化信號，從而獲得 與單極化SAR相同的觀測帶寬。
[0004] π/4模式作為簡縮極化SAR的一種工作模式，其發(fā)射45°線極化信號，分別接收 水平和垂直線極化信號?，F(xiàn)有的重構(gòu)算法只能根據(jù)接收的兩通道信號重構(gòu)出等效的全極化 模式各極化通道的功率信息，而不能重構(gòu)出通道的相位信息。而各極化通道的相位值正是 SAR干涉測量、極化干涉測量等應(yīng)用的必需信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，該方法基于π /4模 式下獲取的水平和垂直極化通道數(shù)據(jù)，通過一系列信號處理過程，重構(gòu)得到全極化模式下 各極化通道的相位值，是一種適用于星載/4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)的新方法。
[0006] -種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，包括以下幾個步驟：
[0007] 步驟一：獲取簡縮極化協(xié)方差矩陣；
[0008] 步驟二：設(shè)定交叉極化項初值以及相關(guān)系數(shù)初值；
[0009] 步驟三：迭代計算獲取交叉極化項及相關(guān)系數(shù)；
[0010] 步驟四：獲取重構(gòu)全極化協(xié)方差矩陣；
[0011] 步驟五：獲取水平發(fā)射水平接收通道與垂直發(fā)射垂直接收通道信號的相位差；
[0012] 步驟六：解方程獲取各極化通道信號的相位值。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0014] (1)本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，該方法具有處理 流程簡單的特點。在獲取各極化通道相位值時，步驟簡單易行。
[0015] (2)本發(fā)明提出一種星載31 /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，該方法具有實用 性強的特點。該方法直接采用簡縮極化SAR回波各極化通道數(shù)據(jù)重構(gòu)得到相應(yīng)相位信息， 基于雷達數(shù)據(jù)本身完成重構(gòu)，無需借助地物目標散射特性等先驗信息，故不受探測目標所 處環(huán)境或其他條件影響。
[0016] (3)本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，該方法對π /4模 式下的星載簡縮極化SAR數(shù)據(jù)處理具有非常重要的應(yīng)用價值。在現(xiàn)有簡縮極化SAR功率信 息重構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了相位信息重構(gòu)方法，為簡縮極化SAR工作模式下干涉測量以及極 化干涉測量提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明提出的一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法的方法流程 圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射水平極化接收水平極化通道 信號顯示結(jié)果；
[0019] 圖3是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射垂直極化接收水平極化通道 信號顯示結(jié)果；
[0020] 圖4是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射水平極化接收垂直極化通道 信號顯示結(jié)果；
[0021] 圖5是本發(fā)明所采用的星載全極化SAR圖像數(shù)據(jù)發(fā)射垂直極化接收垂直極化通道 信號顯示結(jié)果；
[0022] 圖6所示為發(fā)射水平極化接收水平極化通道信號的相位值散點圖；
[0023] 圖7所示為發(fā)射垂直極化接收水平極化通道信號的相位值散點圖；
[0024] 圖8所示為發(fā)射水平極化接收垂直極化通道信號的相位值散點圖；
[0025] 圖9所示為發(fā)射垂直極化接收垂直極化通道信號的相位值散點圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0027] 本發(fā)明提出一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，該方法基于星載π /4 模式簡縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量模型，如式（1)所示：
[0028]
(1)
[0029] 式中，Shh表示散射矩陣中發(fā)射水平極化接收水平極化分量，S HV表示散射矩陣中發(fā) 射垂直極化接收水平極化分量，Svh表示散射矩陣中發(fā)射水平極化接收垂直極化分量，S vv表 示散射矩陣中發(fā)射垂直極化接收垂直極化分量。SHH，SHV，S VH，Svv即為四個極化通道的復(fù)數(shù) 圖像。[x]T表示對矩陣[X]做轉(zhuǎn)置運算。
[0030] 本發(fā)明是一種星載π /4模式簡縮極化SAR相位重構(gòu)方法，方法流程圖如圖1所 示，具體包括以下幾個步驟：
[0031] 步驟一：獲取簡縮極化協(xié)方差矩陣；
[0032] 設(shè)SHH，SHV，SVH，S vv四個極化通道的圖像大小均為NaR N ^列，由式⑴所示的π/4 模式簡縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量，對圖像中第（i，j)個像素，其中I < i <Na， 1彡j彡隊，根據(jù)式⑵計算簡縮極化協(xié)方差矩陣踡為：
[0033]
闕
[0034] 式中，，表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第（i，j)個像素的后向散射矩陣投影矢量，礦表示對 η /4模式簡縮極化SAR后向散射矩陣投影矢量I取共輒轉(zhuǎn)置計算所得矢量，表示圖像 復(fù)數(shù)據(jù)中第（i，j)個像素的后向散射矩陣投影矢量的共輒轉(zhuǎn)置，<x>表示對X采用窗口大 小為（2M+1)行（2N+1)列的窗函數(shù)進行空域均值處理，即以X所在坐標（i，j)為中心，求周 圍第i-Μ行到i+M行，第j-N列到j(luò)+N列內(nèi)的所有分量均值作為X值，需要注意的是，對于 靠近圖像邊緣的像素點，會存在均值處理窗口超出圖像邊界的情況，即i-M < 0, j-N < 0， i+M多Na，j+N多隊，此時，該像素點不做空域均值處理直接以計算出x值作為該像素點值， ^11表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第（i，j)個像素的簡縮極化協(xié)方差矩陣中（1，1)項，€12表示圖像 復(fù)數(shù)據(jù)中第（i，j)個像素的簡縮極化協(xié)方差矩陣中（1，2)項，表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第（i， j)個像素的簡縮極化協(xié)方差矩陣中（2, 1)項，表示圖像復(fù)數(shù)據(jù)中第（i，j)個像素的簡 縮極化協(xié)方差矩陣中（2, 2)項。
[0035] 步驟二：設(shè)定交叉極化項初值及相關(guān)系數(shù)初值；
[0036] 由于重構(gòu)計算中需要采用迭代運算，因此需要對迭代變量交叉極化項以及相關(guān)系 數(shù)設(shè)定初值，對圖像中第（i，j)個像素，根據(jù)式（3)計算交叉極化項初值與相關(guān)系數(shù)初 值 < 為：
[0037]
(3)
[0038] 式中，j表示虛數(shù)單位，即/ = A #
[0039] 步驟三：迭代計算交叉極化項及相關(guān)系數(shù)；
[0040] 設(shè)定迭代計算次數(shù)T，對圖像中第（i，j)個像素，根據(jù)式（4)迭代計算得到交叉極 化項X 1 ]及相關(guān)系數(shù)r 1]如式⑷所示：
[0041 ]
(4)：
[0042] 式中，X1]表示圖像中第（i，j)個像素經(jīng)過T次迭代運算所得的交叉極化項，夂1, 表示圖像中第（i，j)個像素迭代計算第T-I次后所得交叉極化項，r1]表示圖像中第